JP2017165100A - 光透過型導電積層体、それを用いた光透過型導電成形体 - Google Patents

光透過型導電積層体、それを用いた光透過型導電成形体 Download PDF

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Abstract

【課題】デザイン性が良好であり、成形可能な光透過型導電積層体を提供する。【解決手段】入力側から少なくとも表皮材と透明導電基材が順に積層された、光透過型導電積層体である。【選択図】図1

Description

本発明は、光透過型導電積層体に関する。より詳細には、光を透過し、優れた導電性能を有する立体成形可能な光透過型導電積層体、それを用いた光透過型導電成形体に関する。
従来より、自動車の運転席周りにオーディオやヒーターコントロールパネルなどを作動させるためにメカニカルスイッチが配置されている。メカニカルスイッチは誤動作が少ないことや入力感があることが長所であるが、近年多くの機能の採用に伴いスイッチ数も増えざるを得ず、操作性およびデザイン性の観点からスイッチ数の簡略化が求められている。
そこで、最近カーナビゲーションやインフォメーションディスプレイにスイッチの統合化が始まっている。これらデバイスの入力には抵抗膜式、または静電容量式タッチセンサーが用いられており、液晶ディスプレイに様々な情報を表示することが出来るため、スイッチ数の簡略化が可能となっている。特許文献1には表示領域を変更する事でドライバーが使用したい機能と表示領域を拡張し、必要のないコンテンツは最小の機能と表示領域を残す事で情報の分別をし易くすることが提案されている。
また、自動車の内装品には、商品を差別化したり、ユーザーの嗜好の多様化に対応するために、より新しい表面加飾の技術が求められるようになってきており、特許文献2には、皮革調の外観と触感を備えると共に、バックライティングを行うことにより、皮革調の表面に透過意匠が浮かびあがる意匠面を備えた合成樹脂成形品が提案されている(特許文献1、2)。
また、一領域に形成された透過部から発光部材の発光を透過させる光透過性皮革調シートが提案されている。本技術は接触スイッチを備えることが可能であり、接触スイッチ上に配置された皮革調シート越しに押圧することにより、光源が発光し、透過部を通過した光が皮革調シート上に浮かび上がるものである。
特開2015−214334号公報 特開2014−173203号公報 特開2016−81817号公報
しかしながら、現状の液晶ディスプレイは平面であるため、立体形状が多く採用されている車内のデザイン性を損なうこと、また、液晶ディスプレイ上に設けられているタッチセンサーも平面のため、運転中に入力しようとした場合、どこに触れているのか認識できないことが課題となっている。
また、特許文献2の技術は、表面が樹脂エラストマーで構成されている。表面の外観や、触感の観点から見ると、織布の表面に樹脂が塗布され表面が銀面調に処理された合成皮革や、不織布に高分子弾性体が含浸され表面が銀面調あるいはスエード調に処理された人工皮革には高級感が劣るものであった。
また、特許文献3の技術は、高級感を有する皮革調シートを表面に配したものであるが、スイッチの入力操作が押圧によるものであり、押圧時に皮革調シートが撓むため、繰り返しの操作により皮革調シートが伸びて外観が悪化することや、強く押下することによる摩擦によって外観の悪化をまねくものであった。
従って、本発明の目的は、上記問題に鑑み、デザイン性が良好でありながら、繰り返しの入力操作を行っても外観の品位が変化しない、かつ操作性に優れた形状に成形可能な光透過型導電積層体を提供することである。
課題を解決するために、本発明は以下のとおりである。
(1)入力側から少なくとも表皮材と透明導電基材が順に積層された、光透過型導電積層体。
(2)表皮材が、織物、編物、不織布、合成皮革、人工皮革のいずれかである光透過型導電積層体。
(3)表皮材が、不織布から構成される層を含む光透過型導電積層体。
(4)表皮材を構成する少なくともひとつの繊維質が、起毛加工されたものである光透過型導電積層体。
(5)表皮材が、単繊維繊度2dtex以下の合成繊維および高分子弾性体を含む光透過型導電積層体。
(6)透明導電基材の全光線透過率が50%以上である光透過型導電積層体。
(7)透明導電基材の表面抵抗値が1〜1000Ω/□である光透過型導電積層体。
(8)透明導電基材の材料がナノカーボン、インジウム−スズ酸化物、銀あるいは銅メッシュ、金属ナノワイヤ、導電性高分子のいずれかを含む光透過型導電積層体。
(9)光透過型導電積層体を用いた光透過型導電成形体。
(10)透明導電基材の材料がナノカーボン、導電性高分子のいずれかを含む光透過型導電成形体。
(11)光透過型導電積層体および請光透過型導電成形体を用いた静電容量式タッチセンサー。
(12)光透過型導電積層体をフィルムインサート成型、真空成型、3次元ラミネート成型、および熱プレス成型からなる群から選択される少なくともひとつで成型する光透過型導電成形体の製造方法。
本発明によれば、例えば、車載用タッチスイッチに用いる場合、スイッチを使用しないときは、表皮材にスイッチが隠れているためデザイン性が良好であり、表皮材表面に触れるなどの動作により背面から光が投影されると、表示部が浮かび上がりスイッチとして機能する。さらに本発明の光透過型導電成形体は、凹凸をつけることが出来るため運転中で前を向いた状態でもスイッチの位置などを認識することが出来るため誤動作させることなく、使用することが出来る。
本発明の光透過型導電積層体の断面模式図である。 本発明の光透過型導電積層体を用いた静電容量式タッチセンサーにおいて、通常時の入力側から見た模式図である。 本発明の光透過型導電積層体を用いた静電容量式タッチセンサーにおいて、使用時の入力側から見た模式図である。 図3のA−A’の断面図である。 本発明の光透過型導電成形体を用いた静電容量式タッチセンサーにおいて、使用時の入力側から見た模式図である。 図5のB−B’の断面図である。 本発明の光透過型導電成形体を作製する真空成形の金型の模式図である。 図7のC−C’の断面図である。
[光透過型導電積層体]
本発明の光透過型導電積層体は少なくとも入力側から表皮材と透明導電基材が積層された光透過型導電積層体である。本発明の光透過型導電積層体は光透過性を有するため、例えばLEDなどの光源を透明導電基材側(背面)に配置し、発光させることにより表皮材表面に図形や文字等の意匠を表示させることが可能である。また、表皮材表面を指で触れるあるいは表皮材表面近傍に手を近づけると光源が点灯し、スイッチ機能として動作する静電容量式タッチセンサーとして用いることができる。タッチセンサーとして用いることができるため、押下式のスイッチに比べ、操作の際に手で触れる表皮材に対して、実使用においてのダメージが少ないため、品位の悪化等が起こりにくい。
入力側とは、タッチセンサーとして、手などで触れ、操作を行う面のことをいう。
例えば、図2〜4に示す静電容量式タッチセンサーにおいて、LED6から拡散板5を介して3000cd/mの光を光透過型導電積層体に入射した時の出射輝度は好ましくは50cd/m以上、さらに好ましくは100cd/m以上である。この範囲にあることで、表示部を容易に認識することが出来る。
[表皮材]
本発明において、光透過型導電積層体に用いられる表皮材は、織物や編物などの織布、不織布、織布の表面に樹脂が塗布され表面が銀面調に処理された合成皮革、不織布に高分子弾性体が含浸され表面が銀面調あるいはスエード調に処理された人工皮革などを用いることができる。中でも、光透過型導電積層体の背面に配した光源が点灯した時にスイッチの文字や記号の視認性のために表皮材が不織布層あるいは起毛層を含んでいることが好ましい。
これらを構成する織布や不織布には綿、麻、毛、絹等の天然繊維、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートなどのポリエステル、6−ナイロン、66−ナイロンなどのポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの各種合成繊維を用いることができる。これらの繊維は単独であるいは混合して使用してもよい。表皮材の表面を構成する繊維は、強度、寸法安定性、耐光性、染色性の観点からポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート等のポリエステル繊維を用いることが好ましい。表皮材に織布または合成皮革を用いる場合は、織物としては、例えば、平織、綾織および朱子織などが使用できる。編物としては、例えば、平編、ゴム編およびパール編などの緯編、シングルトリコット編、シングルコード編およびシングルアトラス編などの経編が使用できる。
織物の織密度としては、経40〜300本/インチ、緯40〜200本/インチが好ましい。編物の編密度としては、40〜70コース、30〜50ウェールが好ましい。織物の密度が経40本/インチ、緯40本/インチより少ない、または編物の密度が40コース、30ウェールより少ないと、密度が低すぎるため、開口部が存在することにより表皮材の防透性が得られなかったり、光源が点灯した時にスイッチの文字や記号の視認性が低下してしまったりする傾向があり、また、織物の密度が経300本/インチ、緯200本/インチより多い、または編物の密度が70コース、50ウェールより多いと、密度が高すぎるため、表皮材としての風合いが損なわれる傾向がある。
表皮材に不織布または人工皮革を用いる場合は、不織布を構成する極細繊維の平均単繊維繊度としては、シートの柔軟性やスエード調表面に処理した場合の品位の観点から0.001dtex以上1.0dtex以下であることが重要である。好ましくは0.5dtex以下、より好ましくは0.3dtex以下である。一方、染色後の発色性や堅牢度の観点からは、0.01dtex以上であることが好ましい。
不織布を用いる場合には、不織布の内部に強度を向上させるなどの目的で、織物や編物を挿入してもよい。なお、織物や編物を構成する繊維の平均単繊維繊度は特に限定はなく、0.001dtex以上2dtex以下であってもよい。
また、この表皮材は、高分子弾性体が含浸されていてもよく、高分子弾性体からなる表皮層が設けられていても良い。高分子弾性体の具体例としては、例えば、ポリウレタン系弾性体,アクリル系弾性体,ポリアミドエラストマー等のポリアミド系弾性体,ポリエステルエラストマー等のポリエステル系弾性体,ポリスチレン系弾性体,ポリオレフィン系弾性体等が挙げられる。これらの中では、ポリウレタン系弾性体が、柔軟性と充実感に優れる点からとくに好ましい。
ポリウレタンの製造方法としては、特に限定されるものではなく、従来から知られている方法、すなわち、ポリマーポリオール、ジイソシアネート、鎖伸張剤を適宜反応させて製造することができる。また、溶剤系であっても水分散系であっても良い。
ポリオールとしては、ポリカーボネート系ジオール、ポリエステル系ジオール、ポリエーテル系ジオール、シリコーン系ジオールや、これらを組み合わせた共重合体を用いてもよい。中でも耐加水分解性の観点から、ポリカーボネート系ジオール、ポリエーテル系ジオールを用いることが好ましく、さらに耐光性、耐熱性といった観点から、ポリカーボネート系ジオールを用いることがより好ましい。
表皮材を構成する織布あるいは不織布の目付は、特に限定されないが、例えば、100〜1800g/m、さらには200〜900g/mであることが好ましい。また、織布あるいは不織布の見かけ密度も特に限定されないが、例えば、0.20g/cm以上、さらには0.30〜0.70g/cmであることが好ましい。見かけ密度が低すぎる場合には繊維の密な部分と疎な部分とが存在することにより表皮材の防透性が得られなかったり、光源が点灯した時にスイッチの文字や記号の輪郭がぼやけてしまったりする傾向があり、高すぎる場合には、柔軟な風合いが損なわれ、成型性が低下する傾向がある。
また、表皮材を構成する繊維質基体が織布である場合は、表面または裏面、あるいは両面に起毛層を有していることが好ましい。起毛層を有していない場合、光源が点灯した時に織物や編物の組織による干渉模様が生じ、スイッチの文字や記号がぼやけてしまったり、輝度の強弱ばらつきが生じてしまったりして、視認性が低下する傾向がある。織布に高分子弾性体からなる表皮層を設けた合成皮革とする場合も表皮材を構成する繊維質基体に起毛層を有していることが好ましい。
表皮材の厚みは特に限定されないが、例えば、0.3〜3mm、さらには0.5〜2mm、とくには0.5〜1mmであることが好ましい。また、全光線透過率を向上させるために、後述する防透性や物性に問題の範囲で薄くすることが好ましい。
また、表皮材は、防透性が90%以上であることが好ましい。防透性が90%以上であることで、光透過型導電積層体の背面から光が投影されていないときに光透過型導電積層体に覆われてある成形体の色や模様が十分に遮蔽されるため、デザイン性を損なうことがない。防透性は95%以上であることがより好ましく、97%以上であることがさらに好ましい。
表皮材の表面抵抗値は積層する透明導電基材の表面抵抗値により決定するが、車載用静電容量式タッチスイッチに使用する場合、透明導電基材の表面抵抗値を100Ω/□とすると、表皮材の表面抵抗値は10Ω/□以上、1011Ω/□以下が好ましく、106Ω/□以上、1011Ω/□以下がさらに好ましく、10Ω/□以上、1010Ω/□以下がさらに好ましい。この範囲にあることで、タッチセンサーとしての動作を妨げることもなく、また帯電防止としての機能も有するため好ましい。
[表皮材の製法]
上記表皮材を構成する繊維質基体の繊維は、溶融紡糸法により直接紡糸されたものや、紡績糸、海島型繊維から海成分を溶解または分解することによって除去して得られる極細繊維などの極細繊維発生型繊維から取り出したものが使用できる。
上記不織布は、例えば、いわゆるスパンボンド法を用いて、海島型複合繊維を溶融紡糸法を用いて紡糸し、これを切断せずにネット上に捕集して長繊維のウェブを形成する方法や、任意の繊維長(例えば18〜110mm)にカットしてステープル化した短繊維をカード法およびエアレイ法などの乾式法、および水中に各繊維を分散させたスラリーを用いた抄造法などにより短繊維のウェブを形成する方法等が挙げられる。
得られたウェブはスパンレース法と呼ばれる水流交絡法、ニードルパンチ法などを用いて交絡させることが、表皮材として用いるための強度を得るために好ましい。
得られた前記不織布には、繊維の緻密感向上のために、温水やスチーム処理によって収縮処理を施してもよい。
繊維質基体中の海島型複合繊維の極細化処理の方法としては、海成分を水や溶剤等で膨潤、抽出または分解除去する化学的方法により繊維束状の極細繊維に変換される。例えば、ポリスチレンを海成分に用いた海島型複合繊維の場合においては、トリクロロエチレンで処理することで、また、ポリビニルアルコール系樹脂等の水溶性樹脂やアルカリ易分解性樹脂を海成分に用いた海島型複合繊維の場合においては、水、アルカリ性水溶液、酸性水溶液等で熱水加熱処理することにより海成分が除去される。
また、極細化処理の方法としては、他に機械的方法が用いられる場合もある。機械的方法とは、物理的な刺激を付与することによって極細化する方法であり、例えば上記のニードルパンチ法やウォータージェットパンチ法等の衝撃を与える方法の他に、ローラー間で加圧する方法、超音波処理を行う方法等が挙げられる。
また、海島型複合繊維の極細化処理の際、一時的な補強材としてポリビニルアルコール等の水溶性樹脂を付与することができる。補強材は、一時的にシート形状を保つことができるものであり、後工程で抽出除去できるものが好ましい。
繊維質基体が不織布である場合、不織布の形態安定性を高める目的で、不織布の極細繊維化処理を行う前または後に、収縮処理された不織布に高分子弾性体を含浸付与することが好ましい。
高分子弾性体がポリウレタンの場合、その含有割合は、形成される不織布との合計量に対して、4〜40質量%、さらには、8〜30質量%の範囲で含有させることが好ましい。ポリウレタン系弾性体の含有割合が4質量%未満の場合には形状安定性を充分に付与することができず、40質量%を超える場合には柔軟な風合いが低下し、成型性が損なわれる傾向がある。
不織布にポリウレタンを含浸付与する方法としては、ポリウレタンの溶液または水系エマルジョンで満たされた浴中にウェブ絡合シートを浸した後、プレスロール等で所定の含浸状態になるように絞るという処理を1回又は複数回行うディップニップ法が好ましく用いられる。また、その他の方法として、バーコーティング法、ナイフコーティング法、ロールコーティング法、コンマコーティング法、スプレーコーティング法等を用いてもよい。
そして、ポリウレタンを不織布に含浸し、ポリウレタンは感熱凝固または乾燥凝固させる乾式法、湿熱法、液中凝固させる湿式法等により凝固させることにより、ポリウレタンをウェブ絡合シートに含浸付与させて固定させることができる。中でも、ポリウレタンが透明となる乾式法により凝固させる方法を採用することも好ましい。乾式法により不織布内のポリウレタンを透明にすることで、全光線透過率が向上する傾向にあり、文字や記号の視認しやすくなる。なお、凝固させたポリウレタンを架橋させるために、凝固及び乾燥後に加熱処理してキュア処理を行うことも好ましい。
なお、乾燥温度やキュア温度は低すぎると処理時間が長時間となり、高すぎるとポリウレタンの熱劣化の原因となる可能性があることから、80℃以上180℃以下が好ましい。より好ましくは90℃以上160℃以下である。
ポリウレタン樹脂は、各種の添加剤、例えば、カーボンブラックなどの顔料、リン系、ハロゲン系、シリコーン系および無機系などの難燃剤、フェノール系、イオウ系およびリン系などの酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、サリシレート系、シアノアクリレート系およびオキザリックアシッドアニリド系などの紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系やベンゾエート系などの光安定剤、ポリカルボジイミドなどの耐加水分解安定剤、可塑剤、帯電防止剤、界面活性剤、柔軟剤、撥水剤、凝固調整剤、染料、防腐剤、抗菌剤、消臭剤、セルロース粒子等の充填剤、およびシリカや酸化チタン等の無機粒子などを含有することができる。また、より全光線透過率の向上が必要な場合は、ポリウレタンは無色であることが好ましく、ポリウレタン樹脂へカーボンブラックなどの顔料や、染料等の有色の添加剤を含まない形態が好ましい。
このようにして得られた、ポリウレタンが付与された不織布は、次に、不織布の厚み方向に対して垂直に2枚以上にスライスする方法をとることができる。ここでいうスライス処理とは、一般の天然皮革の処理方法のおける分割工程に類似した処理であり、例えば室田製作所(株)の漉割機等によって行うものである。スライス処理や後段のバフィング処理、これらの組み合わせによって、不織布を目的の厚みに調節することが出来る。
また、表皮材を構成する繊維質基体の表層をサンドペーパーなどを用いてバフィング処理して起毛処理または立毛処理することにより、スエード調やヌバック調の表皮材が得られる。
また、表皮材を構成する繊維質基体の表層に高分子弾性体からなる表皮層を設けた場合、銀付き調の表皮材が得られる。
また、表皮材は必要に応じて染色される。染色は、分散染料、反応染料、酸性染料、金属錯塩染料、硫化染料、硫化建染染料などを主体とした染料を繊維の種類に応じて適宜選択し、パッダー、ジッガー、サーキュラー、ウィンスなど繊維の染色に通常用いられる公知の染色機を使用して行われる。例えば、極細繊維がポリエステル系極細繊維の場合には、分散染料を用いて高温高圧染色により染色することが好ましい。
また、全光線透過率を向上させるため、淡色に染色することも好ましい形態である。
また、この表皮材は例えば染料、柔軟剤、風合い調整剤、ピリング防止剤、抗菌剤、消臭剤、撥水剤、耐光剤、耐侯剤等の機能性薬剤が含まれていても良い。
[透明導電基材]
本発明で用いられる透明導電基材は樹脂に導電材料を混合させて基材化したもの、あるいは、透明基材の少なくとも一方に導電材料を積層することによって得られるが、透明導電性の点から透明基材の少なくとも一方に導電材料を積層することが好ましい。
前記透明基材としては、用途や成型方法によって適宜選択することができるが、光透過型導電積層体の生産性の観点より熱可塑性樹脂が好ましい。具体的には、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂および環状オレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1つの樹脂を含むことが好ましい。また、複数の透明基材を組み合わせて用いることもできる。例えば、2種以上の樹脂を積層した透明基材などの複合基材であってもよい。
基材の形状については、用途によって適宜選択すればよい。例えば本発明に用いる透明導電基材の上部に加飾板などを用いる場合は、コスト、生産性、取り扱い性等の観点からは300μm以下の樹脂フィルムが好ましく、より好ましくは200μm以下、さらに好ましくは150μm以下、特に好ましくは100μm以下の樹脂フィルムを用いればよい。一方、本発明の光透過型導電積層体のみで使用する場合は、積層体の強度を付与するために300μm以上の樹脂板を用いることが出来る。
前記透明基材の上に導電材料を積層しやすくするために基材表面にコロナ処理やプラズマ処理などの表面処理やアンダーコート層を積層してもよい。
前記導電材料は、使用環境に応じて適宜選択できるが、光透過型導電積層体の形状が平面あるいは湾曲形状であれば、ナノカーボン、導電性高分子、インジウム−スズ酸化物、銀あるいは銅メッシュ、金属ナノワイヤを好適に用いることができる。
導電材料の積層方法は特に限定されず、既知の湿式コーティング方法、例えば吹き付け塗装、浸漬コーティング、スピンコーティング、ナイフコーティング、キスコーティング、グラビアコーティング、スロットダイコーティング、ロールコーティング、バーコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、パット印刷、他の種類の印刷方法などが利用できる。また、乾式コーティング方法を用いてもよい。乾式コーティング方法としては、スパッタリング、蒸着などの物理気相成長や化学気相成長などが利用できる。また塗布は、複数回に分けて行ってもよく、異なる2種類の塗布方法を組み合わせてもよい。好ましい塗布方法は、湿式コーティングであるグラビアコーティング、バーコーティング、ダイコーティングである。前記導電材料を積層し、導電層を形成後、前記導電層上に積層される材料との密着性向上や導電材料の信頼性向上のため導電性を損なわない程度でオーバーコート層を設けることができる。
[光透過型導電積層体]
表皮材と透明導電基材を積層状態に設けて光透過型導電積層体を得る方法としては、接着剤により接着させる方法が好ましく用いられる。特に表皮材の裏面に熱溶融性接着剤を塗布した後に、フィルムとラミネート加工により積層一体化する方法が好適に用いられる。このとき、熱溶融性接着剤はフィルムに用いられる樹脂材料よりも融点の低い材料を用いることが好ましい。表皮材の裏面に熱溶融性接着剤を塗布する方法としては、表皮材の裏面全面にコーティングする方法のほか、スポット状に塗布する方法をとることができる。
本発明で用いられる光透過型導電積層体は全光線透過率は1%以上が好ましい。好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上、さらに好ましくは20%以上である。これらの範囲にあることで、光源からの光が光透過型導電積層体を透過し、文字や記号が視認できるため好ましい。
本発明で用いられる透明導電基材の表面抵抗値は1Ω/□以上1000Ω/□以下が好ましい。また、使用するデバイスに応じて適宜決定されるが、例えば静電容量式タッチセンサーの場合、好ましくは100〜2000Ω/□、より好ましくは、100〜1000Ω/□、さらに好ましくは100〜500Ω/□である。これらの範囲にあることでのICコントローラーの設計が容易となり、良好な作動性が得られるため好ましい。
本発明で用いられる透明導電基材には表示マークや配線などの印刷をすることが出来る。印刷方法は、印刷インキの種類や厚みなどによって適宜用いればよいが、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット法が挙げられる。
[成型加工]
本発明の光透過型導電積層体は、様々な成型方法を使って、凹凸等所望の形状を有する光透過型導電成形体を得ることができる。成形加工により、凹凸をつけることでき、運転中で前を向いた状態でもスイッチの位置などを認識することが出来るため誤動作させることなく、使用することが可能となる。
真空成型、圧空成型、真空成型と圧空成型を組み合わせた圧空真空成型、プレス成型、プラグ成型、ラミネート成型、インモールド成型、インサート成型などの成型方法で成型することが可能である。本発明において、光透過型導電積層体の基材に用いられる樹脂の性質や、基材上に積層される層に用いられる樹脂の性質、表皮材の性質、さらにはそれぞれの厚み、成型させる形状に合わせた成型方法を選択することができるが、生産性の観点からフィルムインサート成型、真空成型、3次元ラミネート成型、熱プレス成型が好ましく用いられる。
[光透過型導電成形体]
本発明でいう光透過型導電成形体とは本発明の光透過型導電積層体を例えば上述した[成型加工]の項に記載した方法で成型したものをいう。本発明の光透過型導電成形体に用いる透明導電基材は成形性の面から、ナノカーボン、導電性高分子が好適に用いることができるが、成形倍率や、成形時にかかる熱、紫外線や高温高湿による信頼性の面からナノカーボンがもっとも好適である。前記ナノカーボンはカーボンナノチューブ(CNTと略すことがある)、グラフェン、フラーレンの他、短冊形状のグラフェンリボンやカーボンナノチューブの内部にフラーレンを配したピーポッド、円錐形状のナノホーンなどをいうが、導電性や生産性の観点からカーボンナノチューブが好ましく用いられる。また、本発明の成型体は、加飾フィルムや他の樹脂材料と貼り合せて使用することもできる。
[用途]
本発明の光透過型導電積層体および光透過型導電成形体はタッチセンサー、光透過型面状発熱体、電磁波シールドなどに使うことができる。特に静電容量式タッチセンサーに好適に用いることができ、家電や車載、建材向けにおいては湾曲や成型できることによるデザイン性が向上するため良好なタッチセンサーとして使用することができる。
以下、本発明を実施例に基づき、具体的に説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
[評価方法]
(1)表面抵抗値
透明導電基材の導電材料を積層した面に4探針プローブを密着させて、4端子法により室温下で導電層表面における表面抵抗値Rを測定した。測定に使用した装置は、ダイアインスツルメンツ(株)製の抵抗率計MCP−T360型、使用したプローブはダイアインスツルメンツ(株)製の4探針プローブMCP−TFPである。サンプルの幅が小さく4端子法により測定が困難な場合は、サンプルの両端部に幅5mmに銀ペースト(太陽インキ社製、「ECM−100」)を塗布、90℃30分乾燥し、テスターで端子間抵抗値を測定し、表面抵抗値を算出することとする。
(2)光透過型導電積層体の全光線透過率
JIS−K7361(1997年)に基づき、濁度計(日本電色工業(株)製「NDH4000」)を用いて光透過型導電積層体について透明導電基材面から入射するように測定した。全光線透過率が1%以上の素材を光透過型導電性積層体として適した素材であると判定した。
(3)表皮材の防透性
一般財団法人カケンテストセンターで実施している防透性試験にて評価した。白色と黒色のそれぞれのタイルの上に光透過型導電積層体を重ね合わせ、表皮材表面の色を測色機で測定する。光透過型導電積層体の下に白色タイルがある時と黒色タイルがある時のそれぞれの明度を測定し、以下の式にて防透性(%)を算出した。防透性が90%以上の素材を光透過型導電性積層体として適した素材であると判定した。
防透性(%)=(黒色タイル使用時の明度)/(白色タイル使用時の明度)×100
(4)表皮材の透過文字視認性
白色LED30000cd/m、全光線透過率20%の拡散板を用いて作製した輝度3000cd/mのバックライト上に黒の遮光フィルムから白抜きした5mm×5mmサイズのArialフォントのアルファベット文字(B、E)を置き、その上に光透過型導電積層体を被せ、50cm離れた距離で目視観察し、以下の基準で評価した。
評価者:20代女性5名、視力1.0以上(矯正含む)
採点方法:評価者5名が下記の要領で採点し、合計が11点以上の素材を光透過型導電性積層体として適した素材であると判定した。
3点:アルファベットのBとEとが識別できる。
2点:アルファベットのBとEとが識別できない。
1点:文字が確認できない。
以下、実施例、比較例で用いた表皮材について示す。
[表皮材1]
海成分としてポリスチレン20部、島成分としてポリエチレンテレフタレート80部からなる単繊維繊度3.8デシテックス、16島、繊維長51mmの海島型複合短繊維を用い、カード、クロスラッパーを通してウェブを作製した。次いで1バーブ型のニードルパンチにて3000本/cmの打ち込み密度で処理し、繊維見掛け密度0.23g/cmの複合短繊維不織布を得た。次に、固形分濃度12質量%に調整し、約95℃に加温した重合度500、ケン化度88%のポリビニルアルコールの水溶液に固形分換算で不織布重量に対し25%の付着量になるように浸積し、PVAの含浸と同時に2分間収縮処理を行い、100℃にて乾燥して水分を除去した。得られたシートを約30℃のトリクレンでポリスチレンを完全に除去するまで処理し、単繊維繊度約0.21デシテックスの極細繊維シートを得た。
次に、極細繊維シートに固形分濃度12質量%に調整したポリカーボネート系ポリウレタン樹脂DMF(N,N−ジメチルホルムアミド)溶液を含浸し、DMF濃度30質量%の水溶液中でポリウレタンを凝固させた。その後、ポリビニルアルコールおよびDMFを熱水で除去し、120℃の温度で10分間熱風乾燥することにより、不織布のポリエステル成分質量に対するポリウレタン樹脂の質量が30質量%となるようにポリウレタン樹脂を付与したシート状物を得た。
上記のポリウレタン樹脂を付与したシート状物を厚さ方向に半裁し、半裁面と反対の表面を240メッシュのエンドレスサンドペーパーを用いた研削によって起毛処理を施した。そして、得られたスエード調の基材をベージュ色の分散染料を用い130℃で、1時間液流染色し、還元、中和処理を行った。
こうして、厚みが0.6mm、見かけ密度が0.47g/cmであり、不織布/ポリウレタンの質量比は80/20である表皮材1を得た。
[表皮材2]
直接紡糸法によって単繊維繊度0.21dtexの極細ポリエチレンテレフタレート繊維を製造し、長さ5mmに切断して主体短繊維とした。この主体短繊維を水中に分散させてスラリーを作製した。このスラリーから抄造法によって目付100g/mの表面繊維層用抄造シートを作製した。裏面繊維層としてこの主体短繊維を水中に分散させてスラリーを作製した後、抄造法によって目付50g/mの裏面繊維層用抄造シートを作製した。
表面繊維層用抄造シートと裏面繊維用抄造シートの間に166dtex/48fのポリエチレンテレフタレート糸から成る目付100g/mの織物スクリムを挿入し、3層積層体を作製した。
この3層積層体へ直進流噴射ノズルを用いた高速水流を噴射して絡合させて交絡一体化した後に、エアースルー方式のピンテンター乾燥機を用いて100℃で乾燥して3層構造の人工皮革用原反を得た。
この原反のに、熱可塑性樹脂として平均粒子径1.0μm、融点160℃のポリエチレン及びポリブチレンテレフタレート共重合樹脂を用いたエマルジョン(濃度10%)を原反にピックアップ100%で含浸させ、ピンテンター乾燥機を用いて180℃で熱処理することで乾燥及び熱可塑性樹脂の熱融着処理を行った。
次いで、表面を240メッシュのエンドレスサンドペーパーを用いた研削によって起毛処理を施した。そして、得られたスエード調の基材をベージュ色の分散染料を用い130℃で、1時間液流染色し、還元、中和処理を行った。
こうして、厚みが0.6mm、見かけ密度が0.43g/cmであり、不織布/ポリウレタンの質量比は90/10である表皮材2を得た。
[表皮材3]
海成分の熱可塑性樹脂としてエチレン変性ポリビニルアルコール、島成分の熱可塑性樹脂としてTgが110℃である、イソフタル酸変性ポリエチレンテレフタレート(イソフタル酸単位の含有量6.0モル%)を、それぞれ個別に溶融させ、海成分中に均一な断面積の島成分が10個分布した断面を形成しうるような、多数のノズル孔が並列状に配置された複数紡糸用口金に、それぞれの溶融樹脂を供給した。このとき、海成分と島成分との質量比が海成分/島成分=20/80となるように圧力調整しながら供給した。そして、口金温度260℃に設定されたノズル孔より溶融繊維を吐出させた。
そして、ノズル孔から吐出された溶融繊維を平均紡糸速度が3400m/分となるように気流の圧力を調節したエアジェット・ノズル型の吸引装置で吸引することにより延伸し、平均繊度が2.5dtexの海島型複合長繊維を紡糸した。紡糸された海島型複合長繊維は、可動型のネット上に、ネットの裏面から吸引しながら連続的に堆積し、得られた海島型複合長繊維ウェブをネットから剥離し、表面温度75℃の格子柄のエンボスロールにより仮接着して、目付40g/mの長繊維ウェブを得た。
次に、得られた長繊維ウェブをクロスラッパー装置を用いて目付が400g/mの重ね合せウェブを作成し、更に、ニードルパンチングすることにより三次元絡合処理した。ニードルパンチ後の絡合ウェブの目付は500g/mであった。
得られた絡合ウェブを水で湿潤させたのち、温度70℃、相対湿度95%の雰囲気中で3分間張力が掛からない状態で放置して熱処理することにより湿熱収縮させ、さらにマングルロールで厚みを調節して、目付900g/m、見かけ密度は0.60g/cmに調整した。
次に、緻密化された絡合ウェブにポリカーボネート/エーテル系ポリウレタンを主体とする水系ポリウレタンエマルジョン(固形分濃度30%)を含浸させた。そして、150℃の乾燥炉で水分を乾燥し、ポリウレタンを架橋させた。このようにして、ポリウレタン/絡合ウェブの質量比が18/82のポリウレタン絡合ウェブ複合体を形成した。
次に、ポリウレタン絡合ウェブ複合体を95℃の熱水中に20分間浸漬することにより海島型複合長繊維に含まれる海成分を抽出除去し、120℃の乾燥炉で乾燥することにより、厚さ約1.6mmの基材の中間体シートが得られた。中間体シートに含まれる単繊維繊度は0.21dtexであった。そして得られたシートを厚み方向に2分割し、そして、表面側を240番手のサンドペーパーで起毛処理を行ってスエード調に仕上げた。そして、得られたスエード調の基材をベージュ色の分散染料を用い130℃で、1時間液流染色し、還元、中和処理を行った。
こうして、厚みが0.6mm、見かけ密度が0.53g/cmであり、不織布/ポリウレタンの質量比は78/22である表皮材3を得た。
[表皮材4]
海成分としてテレフタル酸とエチレングリコールを主たる構成成分としてなり、かつ、全酸成分に対し、8mol%の5−スルホイソフタル酸ナトリウムを含有する共重合ポリエステル20部、島成分としてポリエチレンテレフタレート80部からなる単繊維繊度3.8デシテックス、16島、繊維長51mmの海島型複合短繊維を用い、カード、クロスラッパーを通してウェブを作製した。次いで1バーブ型のニードルパンチにて3000本/cmの打ち込み密度で処理し、繊維見掛け密度0.26g/cmの複合短繊維不織布を得た。次に、固形分濃度12質量%に調整し、約95℃に加温した重合度1500、ケン化度99.5%のポリビニルアルコールの水溶液に固形分換算で不織布重量に対し25%の付着量になるように浸積し、PVAの含浸と同時に2分間収縮処理を行い、100℃にて乾燥して水分を除去した後、160℃で15分加熱した。得られたシートを約60℃の水酸化ナトリウム8%水溶液で海成分の共重合ポリエステルを完全に除去するまで処理し、単繊維繊度約0.21デシテックスの極細繊維シートを得た。
次に、極細繊維シートに固形分濃度20質量%に調整したポリカーボネート系ポリウレタン樹脂の水系エマルジョン液を含浸し、そして、120℃の乾燥炉で水分を乾燥し、ポリウレタンを架橋させた。その後、ポリビニルアルコールを熱水で除去し、150℃の温度で20分間熱風乾燥することにより、不織布のポリエステル成分質量に対するポリウレタン樹脂の質量が30質量%となるようにポリウレタン樹脂を付与したシート状物を得た。
上記のポリウレタン樹脂を付与したシート状物を厚さ方向に半裁し、半裁面と反対の表面を240メッシュのエンドレスサンドペーパーを用いた研削によって起毛処理を施した。
そして、得られたスエード調の基材をベージュ色の分散染料を用い130℃で、1時間液流染色し、還元、中和処理を行った。
こうして、厚みが0.6mm、見かけ密度が0.49g/cmであり、不織布/ポリウレタンの質量比は80/20である表皮材4を得た。
[表皮材5]
表皮材1に、ポリカーボネート系ポリウレタンのDMF溶液を溶液重量が1000g/mになる様塗布し、水中で凝固、脱溶媒させ、脱水後、120℃の熱風下で乾燥して表面平滑性に優れる微多孔性組織からなる湿式ミクロポーラス層を形成した。
一方、絞付き離型紙上に、シリコーン変性ポリカーボネート系ポリウレタンを乾燥厚みが30μmとなる様にナイフコーターにて塗布し、100℃で2分間熱風乾燥し、シリコーン変性ポリウレタン表皮層を形成した。さらに、この皮膜の上にポリカーボネート系ポリウレタンよりなるウレタン系2液接着剤を乾燥厚みが30μmとなる様ナイフコーターにて塗布し、100℃で2分間熱風乾燥させてポリウレタン接着層を形成し、この上面に前述の表皮材1上に形成された湿式ミクロポーラス層の面を向き合わせて100℃で熱圧着し、更に40℃で48時間熟成して接着剤を反応固化させた後、離型紙を剥離することにより、厚み0.7mmの銀付き人工皮革(表皮材5)を得た。
[表皮材6]
110デシテックス/288フィラメントのポリエチレンテレフタレートフィラメント糸、撚り数1000T/mの撚糸使いの平織物を常法により精練、染色(分散染料にてベージュ色に染色)し、170℃で30秒間のヒートセットを行ない、経糸密度114本/2.54cm、緯糸密度96本/2.54cm、厚さ0.40mmの平織物とした。さらに、表面を240メッシュのエンドレスサンドペーパーを用いて起毛処理を施した。その後、表皮材5の製法における表皮材1をこの起毛平織物に置き換えて、あとは表皮材5の製法と同様の製法にて、厚み0.6mmの銀付き合成皮革(表皮材6)を得た。
[表皮材7]
表皮材6で用いた平織物を起毛させずに、あとは表皮材6の製法と同様の製法にて、厚み0.6mmの銀付き合成皮革(表皮材7)を得た。
[表皮材8]
56デシテックス/48フィラメントのポリエチレンテレフタレートフィラメント糸、撚り数2000T/mの強撚糸使いの平織物を常法により精練、染色(分散染料にてベージュ色に染色)し、170℃で30秒間のヒートセットを行ない、経糸密度93本/2.54cm、緯糸密度64本/2.54cm、厚さ0.40mmの平織物とした。さらに、表面を240メッシュのエンドレスサンドペーパーを用いて起毛処理を施した。その後、表皮材5の製法における表皮材1をこの起毛平織物に置き換えて、あとは表皮材5の製法と同様の製法にて、厚み0.6mmの銀付き合成皮革(表皮材8)を得た。
[表皮材9]
柔らかい仔牛のなめし革であるポルトローナ・フラウ社製レザー(ベージュ)を漉割機によって厚み調整を行い、厚み0.6mmの天然皮革シート(表皮材9)を得た。
以下、実施例、比較例で用いた透明導電基材を作製するための材料について示す。
[アンダーコート塗液]
ポリウレタン樹脂の水分散体(第一工業製薬株式会社製「スーパーフレックス150」固形分濃度:30質量%)をアンダーコート層用の樹脂とし、シリカ粒子の水分散体(日産化学工業株式会社製「スノーテックスOUP」固形分濃度:15質量%)をアンダーコート層に含まれるシリカ粒子とした。前記スーパーフレックス150とスノーテックスOUPと純水を5.25:4.5:5.25の質量比で混合し、固形分15質量%のアンダーコート層作製用の塗布液とした。
[カーボンナノチューブ分散液]
特開2015−115157号公報の実施例([0052]〜[0059])を参照し、カーボンナノチューブ分散液を得た。
[オーバーコート塗液1]
6官能アクリルモノマー(共栄社化学株式会社製「DPE−6A」)をイソプロピルアルコールと酢酸エチルを7:3の質量比で混合した溶媒で希釈し、固形分濃度を2.0質量%とし、光重合開始剤(BASF社製「IRGACURE184」)を樹脂固形分に対して5質量%添加してオーバーコート塗液4とした。
[オーバーコート塗液2]
ウレタンアクリレート(共栄社化学株式会社製「UF−8001G」)をイソプロピルアルコールと酢酸エチルを7:3の質量比で混合した溶媒で希釈し、固形分濃度を2.0質量%とし、光重合開始剤(BASF社製「IRGACURE184」)を樹脂固形分に対して5質量%添加してオーバーコート塗液1とした。
以下、実施例、比較例で用いた透明導電基材の作製方法について述べる。
[透明導電基材1]
厚み100μmのポリエステルフィルム(“ルミラー”(登録商標)U48東レ社製)を基材として用い、基材の表面にアンダーコート塗液をワイヤーバーを用いて塗布し、100℃で1分間乾燥しアンダーコート層を形成した。その後、カーボンナノチューブ分散液をワイヤーバーを用いてアンダーコート層の上に塗布し、100℃で1分間乾燥しカーボンナノチューブ層を形成した。その後、オーバーコート塗液1をワイヤーバーを用いてカーボンナノチューブ層の上に塗布し、80℃で1分間乾燥した。さらに、UV照射装置(アイグラフィックス株式会社製「ECS−301」)を用いて窒素雰囲気下で積算光量400mJ/cmの照射量でUV照射し、透明導電基材1を得た。
[透明導電基材2]
厚み200μmのポリカーボネートフィルム(“カーボグラス”(登録商標)旭硝子社製)を基材として用い、基材の表面にアンダーコート塗液をワイヤーバーを用いて塗布し、100℃で1分間乾燥しアンダーコート層を形成した。その後、カーボンナノチューブ分散液をワイヤーバーを用いてアンダーコート層の上に塗布し、100℃で1分間乾燥しカーボンナノチューブ層を形成した。その後、オーバーコート塗液2をワイヤーバーを用いてカーボンナノチューブ層の上に塗布し、80℃で1分間乾燥した。さらに、UV照射装置(アイグラフィックス株式会社製「ECS−301」)を用いて窒素雰囲気下で積算光量400mJ/cmの照射量でUV照射し、透明導電基材2を得た。
[透明導電基材3]
導電性高分子であるPEDOT/PSS水分散体(ヘレウス社製「Clevios(登録商標)PH500」)をカーボンナノチューブ分散体として用いた以外は透明導電基材2と同様にして透明導電基材3を得た。
[透明導電基材4]
厚み50μmのITOフィルム(日東電工社製“エレクリスタ”(登録商標))を透明導電基材4として用いた。
(実施例1)
表皮材1の裏面に熱可塑性ポリウレタン系ホットメルト接着剤(軟化点100℃)を溶融状態でドット状に配置し、接着剤塗布層を介して透明導電基材1を積層し、表面温度130℃の金属ロールとバックロールとの間を通過させることにより、貼り合わせ、光透過型導電積層体1得た。
(実施例2)
表皮材2を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体2を得た。
(実施例3)
表皮材3を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体3を得た。
(実施例4)
表皮材4を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体4を得た。
(実施例5)
表皮材5を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体5を得た。
(実施例6)
表皮材6を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体6を得た。
(実施例7)
透明導電基材2を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体7を得た。
(実施例8)
透明導電基材3を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体8を得た。
(実施例9)
透明導電基材4を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体9を得た。
(実施例10)
光透過型導電積層体7を真空成形機(日本製図器工業株式会社製「Formech」)にてヒーター設定温度400℃で20秒間加熱後、図7に示す金型を用いて金型温度120℃で真空成形を行い光透過型導電成形体1を得た。
(実施例11)
光透過型導電積層体8を用いた以外は実施例7と同様にして光透過型導電成形体2を得た。
(比較例1)
表皮材7を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体101を得た。表皮材の透過文字視認性試験において、光の透過は確認されるものの、輝度の強弱がばらついた不連続な点の集合体のように見え、文字の形状が判別しにくかった。
(比較例2)
表皮材8を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体102を得た。表皮材の防透性が低く、表皮材の透過文字視認性試験において、バックライトの光を点灯させていないときに遮光性フィルムシートの黒とバックライトの筐体のライトグレー色とが透けて見えてしまった。
(比較例3)
表皮材9を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体103を得た。表皮材の透過文字視認性試験において、文字が透過しなかった。
(比較例4)
光透過型導電積層体9を用いた以外は実施例10と同様にして光透過型導電成形体101を得た。成型後の表面抵抗値を測定したところ絶縁しており、測定値が表示されなかった。
Figure 2017165100
Figure 2017165100
1:光透過型導電積層体
2:表皮材
3:接着層
4:透明導電基材
5:拡散板
6:LED
7:光透過型導電成形体

Claims (12)

  1. 入力側から少なくとも表皮材と透明導電基材が順に積層された、光透過型導電積層体。
  2. 前記表皮材が、織物、編物、不織布、合成皮革、人工皮革からなる群から選択される少なくともひとつから構成される請求項1に記載の光透過型導電積層体。
  3. 前記表皮材が、不織布から構成される層を含む請求項1に記載の光透過型導電積層体。
  4. 前記表皮材を構成する少なくともひとつの繊維質が、起毛加工されたものである請求項2または3に記載の光透過型導電積層体。
  5. 前記表皮材が、単繊維繊度2dtex以下の合成繊維および高分子弾性体を含む請求項1に記載の光透過型導電積層体。
  6. 前記光透過型導電積層体の全光線透過率が50%以上である請求項1〜5のいずれかに記載の光透過型導電積層体。
  7. 前記光透過型導電積層体の表面抵抗値が1〜1000Ω/□である請求項1〜6のいずれかに記載の光透過型導電積層体。
  8. 透明導電基材が、ナノカーボン、インジウム−スズ酸化物、銀、銅、金属ナノワイヤ、導電性高分子からなる群から選択される少なくともひとつを含む請求項1〜7のいずれかに記載の光透過型導電積層体。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載の光透過型導電積層体を用いた光透過型導電成形体。
  10. 透明導電基材が、ナノカーボン、導電性高分子のいずれかを含む請求項9記載の光透過型導電成形体。
  11. 請求項1〜8のいずれかに記載の光透過型導電積層体を用いた静電容量式タッチセンサー。
  12. 請求項1〜8のいずれかに記載の光透過型導電積層体の製造方法であって、フィルムインサート成型、真空成型、3次元ラミネート成型、熱プレス成型からなる群から選択される少なくともひとつで成型する光透過型導電成形体の製造方法。
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